• 제목/요약/키워드: Porous Anode

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용융탄산염 연료전지 Anode부 집전판의 부식특성 (Corrosion Behavior of Anode Current Collectors in Molten Carbonate Fuel Cells)

  • 한원규;주정운;신정철;강성군;전중환;임희천
    • 한국재료학회지
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    • 제18권5호
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    • pp.259-265
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    • 2008
  • The corrosion and degradation factors of a current collector in a molten carbonate fuel cell (MCFC) were investigated to determine the optimized coating thickness of nickel on STS316L. The results show that the surface morphology and electrical properties depended on the nickel coating thickness. The surface morphology gradually changed from a flat to a porous structure along as the nickel coating thickness decreased, and the electrical resistance of the nickel-coated STS316L increased as the nickel coating thickness decreased. This can be attributed to the diffusion of elements of Fe and Cr from the substrate through the nickel grain boundaries. Additionally, carburization in the metal grains or grain boundaries in an anodic environment was found to influence the electrical properties due to matrix distortion. The resistance of Cr-oxide layers formed in an anodic environment causes a drop in the potential, resulting in a decrease in the system efficiency.

Layered Nickel-Based Oxides on Partially Oxidized Metallic Copper Foils for Lithium Ion Batteries

  • Chung, Young-Hoon;Park, Sun-Ha;Kim, Hyun-Sik;Sung, Yung-Eun
    • Journal of Electrochemical Science and Technology
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    • 제2권4호
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    • pp.204-210
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    • 2011
  • Thin film electrodes have been intensively studied for active materials and current collectors to enhance the electrochemical performance. Here, porous structures of nickel-based oxide films, consisting of nickel oxide and copper (II) oxide, which was derived from the copper substrate during the annealing process, were deposited on metallic copper foils. The half-cell tests revealed excellent capacity retention after $80^{th}$ charge/discharge cycles. Some films showed an excess of the theoretical capacity of nickel oxides, which mainly originate from partially oxidized copper substrates during annealing. These results exhibit that both a preparation method of an active materials and partially oxidized current collectors could be important roles to apply thin film electrodes.

A novel free-standing anode of CuO nanorods in carbon nanotube webs for flexible lithium ion batteries

  • Lee, Sehyun;Song, Hyeonjun;Hwang, Jun Yeon;Kim, Seung Min;Jeong, Youngjin
    • Carbon letters
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    • 제27권
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    • pp.98-107
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    • 2018
  • Free-standing electrodes of CuO nanorods in carbon nanotubes (CNTs) are developed by synthesizing porous CuO nanorods throughout CNT webs. The electrochemical performance of the free-standing electrodes is evaluated for their use in flexible lithium ion batteries (LIBs). The electrodes comprising CuO@CNT nanocomposites (NCs) were characterized by charge-discharge testing, cyclic voltammetry, and impedance measurement. These structures are capable of accommodating a high number of lithium ions as well as increasing stability; thus, an increase of capacity in long-term cycling and a good rate capability is achieved. We demonstrate a simple process of fabricating free-standing electrodes of CuO@CNT NCs that can be utilized in flexible LIBs with high performance in terms of capacity and cycling stability.

차단막 형성과 전해질의 최적화에 의한 광전변환 효율 개선 연구 (Study of Enhanced Photovoltaic Performance with Optimized Electrolytes and Blocking Layer Formation)

  • 박희대;주봉현;성열문
    • 조명전기설비학회논문지
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    • 제27권3호
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    • pp.50-54
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    • 2013
  • In this work, the effects of blocking layer and optimally fabricated electrolyte were investigated with respect to impedance and conversion efficiency of the cells.A layer of $TiO_2$ less than ~200nm in thickness, as a blocking layer, was deposited by rf sputtering onto the F:$SnO_2$ (FTO) glass to be isolated from the electrolyte in dye-sensitized solar cells (DSCs). Also, optimum condition of electrolytes preparation for DSCs was investigated. 3-methoxyppropionitrie and redox pairs with LiI and $I_2$ were used as solvents for fabrication of electrolyte. The electrochemical impedances of DSCs using this photo-anode were $R_1$: 13.8, $R_2$: 15.1, $R_3$: 11.9 and $R_h$: $8.3{\Omega}$, respectively. The $R_2$ impedance related by electron transportation from porous $TiO_2$ to FTO showed lower than that of normal DSCs. The photo-conversion efficiency of prepared DSCs was 6.4% and approximately 1.3% higher than general one.

열압착 온도가 전기방사 Polyacrylonitrile 분리막의 기계적 강도 및 물성치에 미치는 영향 (Effect of Thermal Pressing Temperature on the Mechanical and Material Properties of Electro-spun Polyacrylonitrile Nano-fibrous Separator)

  • 김민철;고태조;와카스 울 아리핀;동정
    • 한국기계가공학회지
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    • 제18권4호
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    • pp.109-116
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    • 2019
  • The mechanical deformation of a battery separator causes internal short-circuiting of the cathode - anode, which directly affects the explosion/ignition of batteries. To increase the mechanical properties of the separator fabricated by electro-spinning, use of a thermal pressing method is inevitable. Therefore, this research aims to maximize the mechanical strength of a porous separator by finding the proper thermal press temperatures given to Electro-spun Polyacrylonitrile (PAN) nanofibers. The different thermal press temperatures $25^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, $75^{\circ}C$, and $100^{\circ}C$ were applied to the electro-spun fiber at 30 MPa pressure for one hour. The higher the temperature, the higher the resultant tensile strength; however, a higher temperature also lowered the strain and porosity. Thus, the membrane thermal pressed at $50^{\circ}C$ showed the best mechanical properties and the second highest porosity. Using the data, $50^{\circ}C$ was judged as the best thermal pressing temperature in terms of performance.

균질화 기법을 이용하여 기공이 있는 이차전지 극판의 대표 기계 물성 도출을 위한 연구 (Estimation of Representative Mechanical Property of Porous Electrode for Secondary Batteries with Homogenization Method)

  • 표창민;김재웅
    • 한국기계가공학회지
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    • 제21권9호
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    • pp.85-91
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    • 2022
  • The demand for electric vehicles has increased because of environmental regulations. The lithium-ion battery, the most widely used type of battery in electric vehicles, is composed of a cathode, an anode, and an electrolyte. It is manufactured according to the pole plate, assembly, and formation processes. To improve battery performance and increase manufacturing efficiency, the manufacturing process must be optimized. To do so, simulation can be used to reduce wasted resources and time, and a finite-element method can be utilized. For high simulation quality, it is essential to reflect the material properties of the electrode by considering the pores. However, the material properties of electrodes are difficult to derive through measurement. In this study, the representative volume element method, which is a homogenization method, was applied to estimate the representative material properties of the electrode considering the pores. The representative volume element method assumes that the strain energy before and after the conversion into a representative volume is conserved. The method can be converted into one representative property, even when nonhomogeneous materials are mixed in a unit volume. In this study, the material properties of the electrode considering the pores were derived. The results should be helpful in optimizing the electrode manufacturing process and related element technologies.

리튬이차전지용 분리막 이해 및 최신 연구 동향 (Current Status and Future Research Directions of Separator Membranes for Lithium-Ion Rechargeable Batteries)

  • 김정환;이상영
    • 멤브레인
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    • 제26권5호
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    • pp.337-350
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    • 2016
  • 향후 우리 사회의 혁신적 변화를 가져올 휴대용 전자기기, 전기자동차 및 스마트 그리드 에너지 저장장치 등의 비약적인 발전에 따라, 그 전원으로서 리튬이차전지에 대한 관심이 더욱 증대하고 있다. 본 총설에서는, 리튬이차전지 핵심 소재 중 하나인 분리막에 대해 기공 구조 및 물리화학적 물성 관점에서 고찰하고, 이와 함께 최신 연구 동향을 소개하고자 한다. 리튬이차전지 분리막은 양극과 음극 사이에 위치하는 다공성 막으로서, 두 전극 간의 전기적 단락을 방지하고, 이온의 흐름을 가능하게 하는 기능을 갖는다. 분리막 자체는 전지 내 전기화학 반응에는 직접적으로 참여하지 않으나, 앞서 언급한 기능들에 의해 전지 성능 및 안전성에 큰 영향을 끼친다. 최근 들어, 이러한 분리막의 기본 특성 이외에, 전지 안전성 강화 및 금속 이온 흡착 등을 비롯한 다양한 기능 부여를 위한 노력들이 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 현재 상업화된 폴리올레핀 분리막에 대한 이해를 토대로, 개질 폴리올레핀 분리막, 부직포 분리막, 세라믹 복합 분리막 및 화학 활성 분리막 등으로 대표되는 최신 분리막 기술들을, 차세대 전지 개발 방향과 관련 지어 기술하고자 한다.

메탄올 내부개질형 용융탄산염 연료전지의 성능 (Performance of a Molten Carbonate Fuel Cell With Direct Internal Reforming of Methanol)

  • 하명주;윤성필;한종희;임태훈;김우식;남석우
    • 청정기술
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    • 제26권4호
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    • pp.329-335
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    • 2020
  • 재생에너지로부터 수전해를 통하여 생산된 수소와 포집된 CO2를 활용하여 메탄올을 합성하는 power-to-methanol 기술이 재생에너지를 대용량으로 저장하는 방안으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 메탄올을 수소 및 전력 생산에 활용함에 있어 더욱 효율적인 방법으로 연료전지 내부에서 메탄올 수증기개질 반응이 일어나는 내부개질형 용융탄산염 연료전지에 대해 성능 분석을 실시하였다. 용융탄산염 연료전지의 연료극으로 사용되는 다공성 Ni-10 wt%Cr을 촉매로 메탄올 수증기개질 반응을 수행한 결과 연료전지 운전 조건에서 연료극은 메탄올 수증기개질 반응에 충분한 활성을 나타내었다. 메탄올 수용액을 직접 용융탄산염 연료전지의 연료극으로 공급한 결과 연료전지의 성능은 외부 개질기를 통하여 생산된 개질가스를 공급하는 경우에 비해 다소 성능이 낮게 나타났으며, 메탄올 공급유량이 비교적 낮은 경우 고 전류밀도에서 불안정한 성능을 나타내었다. 연료극으로부터 생성된 가스를 재순환시킴으로써 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있었으며, 메탄올 전환율도 90% 이상 얻을 수 있었다. 물질수지를 통하여 연료극에서 일어나는 반응을 분석한 결과 전류밀도 및 가스 재순환 유량이 증가함에 따라 메탄올 수증기개질 반응속도가 증가함을 확인하였다. 이상의 결과로부터 별도의 촉매층을 설치할 필요 없이 연료극 만으로도 용융탄산염 연료전지 내에서 메탄올 수증기개질 반응이 가능하며, 메탄올 내부개질형 용융탄산염 연료전지를 통하여 전력과 합성가스를 동시에 생산할 수 있음을 확인하였다.

Nanophase Catalyst Layer for Direct Methanol Fuel Cells

  • Chang Hyuk;Kim Jirae
    • 전기화학회지
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    • 제4권4호
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    • pp.172-175
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    • 2001
  • 마그네트론 스퍼터링 방법에 의하여 Nanophase 촉매층을 형성하여 Direct Methanol Fuel Cell(DMFC)에 적용하였다. 일반적인 박막 증착 방법보다 높은 압력 (Ar/He혼합기체)에서 금속 Target과 탄소 Target을 동시에 스퍼터링하여 내피온막 위에 직접 코팅함으로써 기공성 있는 PtRu혹은 Pt및 탄소입자를 포함한 새로운 구조의 촉매층을 형성하였다. 본 방법에 의하여 $1.5mg/cm^2$의 PtRu(Anode) 및 $1mg/cm^2$ Pt(Cathode) 로딩으로 2M Methanol, 1 Bar공기, $80^{\circ}C$조건에서 $45mW/cm^2$의 출력을 얻을 수 있었으며, 이는 기존의 상용방법에 의하여 제조된 전극보다 같은 조건에서 $30\%$의 성능향상을 제시한 것이다. 이는 Nanophase촉매층 구조로 인하여 초미세 분말을 적용하였고, 많은 량의 원자들이 입계에 배열하게 됨으로써 촉매반응을 원활하게 하고,연료의 공급을 효율적으로 해준 것에 기안한 것으로 판단된다. 그러므로, 본 연구의 결과를 응용할 경우 DMFC를 휴대용 전자기기에 적용함에 있어서 성능향상 및 가격경쟁력 확보에 도움을 줄 것으로 기대된다.

고분자 전해질 막 연료전지 응용을 위한 탄화수소계 고분자 전해질 막의 물성 향상에 관한 연구동향 (Research Trends on Improvement of Physicochemical Properties of Sulfonated Hydrocarbon Polymer-based Polymer Electrolyte Membranes for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Applications)

  • 황인혁;최다빈;김기현
    • 멤브레인
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    • 제32권6호
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    • pp.427-441
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    • 2022
  • 고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)의 핵심 구성요소 중 하나인 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 수소이온을 애노드(anode)에서 캐소드(cathode)로 이동시키는 전해질의 역할 및 연료의 투과를 막는 분리막으로서의 역할을 수행하며 PEMFC의 성능 및 효율을 결정짓는 핵심 소재이다. 현재 나피온 (Nafion®)으로 대표되는 과불소화계 전해질 막이 높은 수소이온 전도도 및 화학적 안정성으로 인해 상용화 되었지만, 높은 생산비용과 구동 시 환경오염 물질이 배출된다는 문제점을 갖고 있다. 이를 대체할 PEM 소재로써 고분자의 구조 조절 및 개질 과정이 용이한 다양한 종류의 탄화수소계 고분자가 제시되고 있지만, 실제 PEMFC에 적용되기 위해서는 성능 및 내구 특성을 개선해야 하는 과제가 남아있다. 이에 본 총설은 탄화수소계 PEM의 성능 및 내구 특성을 향상시키기 위해 1) 가교 구조를 도입한 가교 막 개발, 2) 무기 첨가제 도입을 통한 유⋅무기 복합 막 개발 및 3) 다공성 지지체를 활용한 강화 복합막을 개발하는 연구에 대해 살펴보고자 한다.